太陽能是新能源開發利用最活躍的領域。太阳能是新能源开发利用最活跃的领域。 目前市場上的太陽能電池主要是單晶矽和多晶矽兩種。目前市场上的太阳能电池主要是单晶矽和多晶矽两种。 但這兩種太陽能電池最大的問題在於工藝條件苛刻，製造成本過高，不利於廣泛應用。但这两种太阳能电池最大的问题在于工艺条件苛刻，制造成本过高，不利于广泛应用。 而上世紀90年代出現的納米TiO2有機半導體複合太陽能電池和有機/聚合物太陽能電池，工藝條件簡單，成本較低，有可能成為21世紀太陽能電池的新貴。而上世纪90年代出现的纳米TiO2有机半导体复合太阳能电池和有机/聚合物太阳能电池，工艺条件简单，成本较低，有可能成为21世纪太阳能电池的新贵。
染料敏化太陽能電池極有可能取代傳統矽系太陽能電池，成為未來太陽能電池的主導染料敏化太阳能电池极有可能取代传统矽系太阳能电池，成为未来太阳能电池的主导
能源是世界經濟發展的首要問題，當前，許多國家都把發展新能源作為應對金融危機、加快經濟復蘇的重要舉措。能源是世界经济发展的首要问题，当前，许多国家都把发展新能源作为应对金融危机、加快经济复苏的重要举措。 我國改善能源結構也必須積極發展可再生能源和新能源，不斷提高清潔能源在能源結構中的比重。我国改善能源结构也必须积极发展可再生能源和新能源，不断提高清洁能源在能源结构中的比重。
作為一種“取之不盡、用之不竭”的潔淨的天然能源，太陽能成為最有希望的能源之一。作为一种“取之不尽、用之不竭”的洁净的天然能源，太阳能成为最有希望的能源之一。 目前研究和應用最廣泛的太陽能電池主要是矽系太陽能電池，但矽系電池原料成本高、生產工藝複雜、效率提高潛力有限，其光電轉換效率的理論極限值為30%，因此其民用化受到技術性限制，急需開發低成本的太陽能電池。目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是矽系太阳能电池，但矽系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限，其光电转换效率的理论极限值为30%，因此其民用化受到技术性限制，急需开发低成本的太阳能电池。
人工製造的“樹葉”人工制造的“树叶”
染料敏化太陽能電池價格相對低廉，製作工藝簡單，擁有潛在的高光電轉換效率，所以極有可能取代傳統矽系太陽能電池，成為未來太陽能電池的主導。染料敏化太阳能电池价格相对低廉，制作工艺简单，拥有潜在的高光电转换效率，所以极有可能取代传统矽系太阳能电池，成为未来太阳能电池的主导。
上個世紀90年代初，染料敏化納米晶太陽能電池DSSCs（Namo-Crystallion Dye-Sensitized Solar Cells）初露崢嶸，其光電轉換效率達7.1%—7.9%，開創了太陽能電池研究和發展的全新領域。上个世纪90年代初，染料敏化纳米晶太阳能电池DSSCs（Namo-Crystallion Dye-Sensitized Solar Cells）初露峥嵘，其光电转换效率达7.1%—7.9%，开创了太阳能电池研究和发展的全新领域。 隨後Gatzel和同伴開發出了光電能量轉換效率達10%—11%的DSSCs。随后Gatzel和同伴开发出了光电能量转换效率达10%—11%的DSSCs。 目前，在標準條件下，染料敏化太陽能電池的能量轉化效率已達到11. 2%。目前，在标准条件下，染料敏化太阳能电池的能量转化效率已达到11. 2%。
如果你知道樹葉的結構，你會很好地理解DSSCs。如果你知道树叶的结构，你会很好地理解DSSCs。 從結構上來看，DSSCs就像人工製作的樹葉，只是植物中的葉綠素被敏化劑所代替，而納米多孔半導體膜結構則取代了樹葉中的磷酸類酯膜。从结构上来看，DSSCs就像人工制作的树叶，只是植物中的叶绿素被敏化剂所代替，而纳米多孔半导体膜结构则取代了树叶中的磷酸类酯膜。
染料敏化納米晶太陽能電池，主要由製備在導電玻璃或透明導電聚酯片上的納米晶半導體薄膜、敏化劑分子、電解質和對電極組成，其中製備在導電玻璃或透明導電聚酯片上的納米晶半導體薄膜構成光陽極。染料敏化纳米晶太阳能电池，主要由制备在导电玻璃或透明导电聚酯片上的纳米晶半导体薄膜、敏化剂分子、电解质和对电极组成，其中制备在导电玻璃或透明导电聚酯片上的纳米晶半导体薄膜构成光阳极。
完全不同于傳統矽系結太陽能電池的裝置，染料敏化太陽能電池的光吸收和電荷分離傳輸分別是由不同的物質完成的，光吸收是靠吸附在納米半導體表面的染料來完成，半導體僅起電荷分離和傳輸載體的作用，它的載流子不是由半導體產生而是由染料產生的。完全不同于传统矽系结太阳能电池的装置，染料敏化太阳能电池的光吸收和电荷分离传输分别是由不同的物质完成的，光吸收是靠吸附在纳米半导体表面的染料来完成，半导体仅起电荷分离和传输载体的作用，它的载流子不是由半导体产生而是由染料产生的。
陽光驅動的“電子泵”阳光驱动的“电子泵”
如果簡單地概括一下原理，DSSCs就像是由燦爛陽光驅動的分子電子泵。如果简单地概括一下原理，DSSCs就像是由灿烂阳光驱动的分子电子泵。 靠陽光的照耀，源源不斷地對外供電。靠阳光的照耀，源源不断地对外供电。
要說最具代表性的染料敏化太陽能電池，還得是Gatzel電池。要说最具代表性的染料敏化太阳能电池，还得是Gatzel电池。 照原理圖（左圖）上看，由於TiO2不能被可見光激發，因而要在TiO2表面吸附一層對可見光吸收特性良好的敏化劑。照原理图（左图）上看，由于TiO2不能被可见光激发，因而要在TiO2表面吸附一层对可见光吸收特性良好的敏化剂。
在可見光作用下，敏化劑分子通過吸收光能躍遷到激發態，由於激發態的不穩定性，敏化劑分子與TiO2表面發生相互作用，電子很快躍遷到較低能級TiO2的導帶，進入TiO2導帶的電子將最終進入導電膜，然後通過外回路，產生光電流。在可见光作用下，敏化剂分子通过吸收光能跃迁到激发态，由于激发态的不稳定性，敏化剂分子与TiO2表面发生相互作用，电子很快跃迁到较低能级TiO2的导带，进入TiO2导带的电子将最终进入导电膜，然后通过外回路，产生光电流。 同時，處於氧化態的染料分子被電解質中的碘離子I-還原回到基態，而I-被氧化為I-3，I-3很快被從陰極進入的電子還原成I-構成了一個迴圈。同时，处于氧化态的染料分子被电解质中的碘离子I-还原回到基态，而I-被氧化为I-3，I-3很快被从阴极进入的电子还原成I-构成了一个回圈。
各組成部分的進展各组成部分的进展
光陽極材料：光敏材料敏化的半導體光陽極對該電池的性能起到至關重要的作用，成為目前研究的熱點。光阳极材料：光敏材料敏化的半导体光阳极对该电池的性能起到至关重要的作用，成为目前研究的热点。 敏化的TiO2電極是染料敏化太陽能電池的關鍵部分，可以說其性能直接關係到太陽能電池的總效率。敏化的TiO2电极是染料敏化太阳能电池的关键部分，可以说其性能直接关系到太阳能电池的总效率。
染料敏化太陽能電池中，TiO2光陽極所用的納米晶薄膜分為緻密TiO2薄層、納米多孔結構TiO2薄膜，其中緻密薄膜是早期染料敏化太陽能電池中TiO2光陽極所採用的，因其吸附染料效率低，後來少被採用，納米多孔結構TiO2薄膜在目前染料敏化太陽能電池中TiO2光陽極採用極為廣泛。染料敏化太阳能电池中，TiO2光阳极所用的纳米晶薄膜分为致密TiO2薄层、纳米多孔结构TiO2薄膜，其中致密薄膜是早期染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极所采用的，因其吸附染料效率低，后来少被采用，纳米多孔结构TiO2薄膜在目前染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极采用极为广泛。
光陰極材料：陰極在染料敏化太陽能電池中也發揮著重要的作用。光阴极材料：阴极在染料敏化太阳能电池中也发挥着重要的作用。 在實際工作中，染料敏化太陽能電池由於有電流通過陰極，產生極化現象，形成超電勢，引起電勢的損失，降低了電池的性能。在实际工作中，染料敏化太阳能电池由于有电流通过阴极，产生极化现象，形成超电势，引起电势的损失，降低了电池的性能。 因此，陰極的製備一般用導電玻璃片作為基體，採用不同方法鍍上石墨、鉑或導電聚合物等不同材料，其中鍍鉑的效果較好。因此，阴极的制备一般用导电玻璃片作为基体，采用不同方法镀上石墨、铂或导电聚合物等不同材料，其中镀铂的效果较好。
電解質：由於液態電解質在封裝上的技術困難，人們開發了無機半導體體系的固態電解質、有機空穴傳輸材料和高分子電解液體系等。电解质：由于液态电解质在封装上的技术困难，人们开发了无机半导体体系的固态电解质、有机空穴传输材料和高分子电解液体系等。 與液態電解質相比，固態染料敏化太陽能電池敏化劑的氧化還原電位，可以和空穴導體的工作函數更好的匹配，所以固態染料敏化太陽能電池獲得的Uoc值很高，可以達到接近1V。与液态电解质相比，固态染料敏化太阳能电池敏化剂的氧化还原电位，可以和空穴导体的工作函数更好的匹配，所以固态染料敏化太阳能电池获得的Uoc值很高，可以达到接近1V。 以固態電解質取代液態電解液應用於染料敏化太陽能電池，可以提高和改善電池的長期穩定性。以固态电解质取代液态电解液应用于染料敏化太阳能电池，可以提高和改善电池的长期稳定性。
敏化劑：敏化劑吸收太陽光產生光致分離，它的性能直接決定太陽電池的光電性能。敏化剂：敏化剂吸收太阳光产生光致分离，它的性能直接决定太阳电池的光电性能。 新的敏化劑使吸收長波的能力增加，並且具有很高的光學橫斷面和吸收近紅外光的能力。新的敏化剂使吸收长波的能力增加，并且具有很高的光学横断面和吸收近红外光的能力。
按其結構中是否含有金屬原子或離子，敏化劑分為有機和無機兩大類。按其结构中是否含有金属原子或离子，敏化剂分为有机和无机两大类。 無機類敏化劑包括釕、鋨類的金屬多吡啶配合物、金屬卟啉、金屬酞菁和無機量子點等；有機敏化劑包括天然染料和合成染料。无机类敏化剂包括钌、锇类的金属多吡啶配合物、金属卟啉、金属酞菁和无机量子点等；有机敏化剂包括天然染料和合成染料。
——專家觀點—— ——专家观点——
DSSCs應用前景廣闊 DSSCs应用前景广阔
大慶石油學院王寶輝教授：在矽太陽能電池中, 單晶矽太陽能電池轉換效率最高, 多晶矽次之, 非晶矽最低。大庆石油学院王宝辉教授：在矽太阳能电池中,单晶矽太阳能电池转换效率最高,多晶矽次之,非晶矽最低。 經過長達10年加速光老化試驗的結果表明, 染料敏化太陽能電池的光電轉化效率幾乎不變, 且高達15%,在一定程度上優於非晶矽太陽能電池,具有廣闊的應用前景。经过长达10年加速光老化试验的结果表明,染料敏化太阳能电池的光电转化效率几乎不变,且高达15%,在一定程度上优于非晶矽太阳能电池,具有广阔的应用前景。
染料成為當前研究的一個熱點染料成为当前研究的一个热点
蘭州理工大學王青教授：敏化的納米晶TiO2電極是染料敏化太陽能電池的關鍵部分，其性能直接關係到太陽能電池的總效率。兰州理工大学王青教授：敏化的纳米晶TiO2电极是染料敏化太阳能电池的关键部分，其性能直接关系到太阳能电池的总效率。 在製備技術方面，基於傳統的刮塗制膜技術和逐層沉積製備技術，由於操作的複雜性和技術掌握的難度，是光陽極製備的瓶頸問題。在制备技术方面，基于传统的刮涂制膜技术和逐层沉积制备技术，由于操作的复杂性和技术掌握的难度，是光阳极制备的瓶颈问题。 絲網印刷技術由於其大面積製備的可操作性，是實現未來工業化不錯的手段，但同樣存在技術操作複雜的缺點，同時其規模製備所需條件依然需要改進和優化。丝网印刷技术由于其大面积制备的可操作性，是实现未来工业化不错的手段，但同样存在技术操作复杂的缺点，同时其规模制备所需条件依然需要改进和优化。
在染料敏化上，尋找低成本、性能良好的染料成為當前研究的一個熱點。在染料敏化上，寻找低成本、性能良好的染料成为当前研究的一个热点。
總之，通過光敏化，獲得較寬的可見光譜回應範圍，快速的電子傳輸，優越的電子散射係數，增強的光收集效率以及優越的抑制電荷複合性能的多孔膜將是未來TiO2光陽極研究的方向。总之，通过光敏化，获得较宽的可见光谱回应范围，快速的电子传输，优越的电子散射系数，增强的光收集效率以及优越的抑制电荷复合性能的多孔膜将是未来TiO2光阳极研究的方向。
技術動態技术动态
日本開發出“纖維狀無TCO染料敏化太陽能電池”日本开发出“纤维状无TCO染料敏化太阳能电池”
來自日本的研究人員開發出一種“纖維狀無TCO染料敏化太陽能電池(fiber-type TCO-less dye sensitized solar cell)”，這種太陽能電池是將染料敏化太陽能電池層，環繞著一根長3.5釐米(cm)、直徑9毫米(mm)玻璃纖維所組成。来自日本的研究人员开发出一种“纤维状无TCO染料敏化太阳能电池(fiber-type TCO-less dye sensitized solar cell)”，这种太阳能电池是将染料敏化太阳能电池层，环绕着一根长3.5厘米(cm)、直径9毫米(mm)玻璃纤维所组成。
該研究團隊來日本九州科技大學的生命科學與系統工程研究所，其研究人員將一層氧化鈦、一層敏化顏料，以及一層多孔鈦(porous Ti)作為電極(正極);一層包含碘等電解質的多孔層，以及一層白金(Pt)與鈦作為另一端電極(負極)。该研究团队来日本九州科技大学的生命科学与系统工程研究所，其研究人员将一层氧化钛、一层敏化颜料，以及一层多孔钛(porous Ti)作为电极(正极);一层包含碘等电解质的多孔层，以及一层白金(Pt)与钛作为另一端电极(负极)。
將上述兩種電極順序環繞著玻璃纖維;而除了該玻璃纖維的兩端，整個太陽能電池都以鈦覆蓋著。将上述两种电极顺序环绕着玻璃纤维;而除了该玻璃纤维的两端，整个太阳能电池都以钛覆盖着。 將光線從玻璃纖維的一端透進去，光就會被太陽能電池中的染料所吸收，並轉換成電力;而若是該纖維稍有傾斜，在光線從另一端出去之前，就不會在表面下的玻璃造成完全反射。将光线从玻璃纤维的一端透进去，光就会被太阳能电池中的染料所吸收，并转换成电力;而若是该纤维稍有倾斜，在光线从另一端出去之前，就不会在表面下的玻璃造成完全反射。
目前該種太陽能電池所展現的轉換效率，在使用某種染料的情況下僅稍高於1%，該數字稍低了些，且由於該種電池使用的玻璃纖維有9 mm直徑，長度卻只有1.5公分左右，因此大約有九成從纖維的一端入射，從另一端出去的光線並沒有被轉換。目前该种太阳能电池所展现的转换效率，在使用某种染料的情况下仅稍高于1%，该数字稍低了些，且由于该种电池使用的玻璃纤维有9 mm直径，长度却只有1.5公分左右，因此大约有九成从纤维的一端入射，从另一端出去的光线并没有被转换。
預計未來該種太陽能電池的淨轉換率(net conversion efficiency)可望達到10%，被浪費的光線問題能透過增加光纖的長度或是減少纖維直徑來克服。预计未来该种太阳能电池的净转换率(net conversion efficiency)可望达到10%，被浪费的光线问题能透过增加光纤的长度或是减少纤维直径来克服。
而該種新型太陽能電池與標準染料敏化太陽能電池的一個最大差異，是新電池並不使用透明電極(透明導電氧化物薄膜TCO)，研究人員計畫利用尚未被現有染料敏化太陽能電池所使用的近紅外線(near-infrared)能源，來產生電力。而该种新型太阳能电池与标准染料敏化太阳能电池的一个最大差异，是新电池并不使用透明电极(透明导电氧化物薄膜TCO)，研究人员计画利用尚未被现有染料敏化太阳能电池所使用的近红外线(near-infrared)能源，来产生电力。
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夏普研究染料敏化太陽能電池以降低生產成本夏普研究染料敏化太阳能电池以降低生产成本
據海外媒體報導，夏普已開始研發染料敏化太陽能電池(DSSCs)，希望第2世代的太陽能電池能大幅降低生產成本，並助公司在充滿競爭的市場上取得先機。据海外媒体报导，夏普已开始研发染料敏化太阳能电池(DSSCs)，希望第2世代的太阳能电池能大幅降低生产成本，并助公司在充满竞争的市场上取得先机。
這項研究主要在Sharp結晶太陽能電池事業部進行，該事業部位於奈良縣葛城市，該公司預計在2020年左右，將該產品商業化推出。这项研究主要在Sharp结晶太阳能电池事业部进行，该事业部位于奈良县葛城市，该公司预计在2020年左右，将该产品商业化推出。
該公司研究人員表示，高光電轉換效率的雛形電池，大多為深綠色，因為這是最適合吸收太陽光的顏色，同時也較不會產生顏色不均的現象。该公司研究人员表示，高光电转换效率的雏形电池，大多为深绿色，因为这是最适合吸收太阳光的颜色，同时也较不会产生颜色不均的现象。
通常用於油漆之類的有機染料，含有金屬複合體，一接收到太陽光，便會釋出電子。通常用于油漆之类的有机染料，含有金属复合体，一接收到太阳光，便会释出电子。 利用這項特點，將染料與電解液置放在導電板兩側，可從中產生電力。利用这项特点，将染料与电解液置放在导电板两侧，可从中产生电力。 製造的原理很簡單，但是要選擇何種染料與電解液做結合，卻令人傷透腦筋，因為光電轉換效率的好壞，與選材的關係密切，研究人員必須反復測試不同材料的組合，以求提高光電轉換效率。制造的原理很简单，但是要选择何种染料与电解液做结合，却令人伤透脑筋，因为光电转换效率的好坏，与选材的关系密切，研究人员必须反复测试不同材料的组合，以求提高光电转换效率。
受到日本新能源產業科技發展組織(NEDO)的委託，夏普希望在2009年會計年度結束前，將每900平方公分的DSSCs光電轉換效率提高8%。受到日本新能源产业科技发展组织(NEDO)的委托，夏普希望在2009年会计年度结束前，将每900平方公分的DSSCs光电转换效率提高8%。 去年該公司成功製造出每25平方公尺光電轉換效率達8.2%的DSSC，目前為全球該尺寸最高光電轉換率的DSSC。去年该公司成功制造出每25平方公尺光电转换效率达8.2%的DSSC，目前为全球该尺寸最高光电转换率的DSSC。
夏普研發一部總經理表示：“我們目標是將轉換率提高超過10%，推出商業化的DSSC。”因為目前主流的單晶矽太陽能電池，其模組光電轉換效率已達約15%。夏普研发一部总经理表示：“我们目标是将转换率提高超过10%，推出商业化的DSSC。”因为目前主流的单晶矽太阳能电池，其模组光电转换效率已达约15% 。
